DE102007028246A1 - Magneto-resistive RAM cell, has metal-bit line supplying external magnetic field to magneto-resistive RAM-cell stack, where effective anisotropy-field and magnetic field form non-zero-angle relative to each other - Google Patents
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Abstract
Eine magnetoresistive Speicherzelle weist einen Magnetstapel auf, welcher ein effektives Anisotropie-Feld einer Speicherschicht des Magnetstapels während eines thermisch-ausgewählten Heizens bereitstellt, und mindestens eine Leitung, welche mindestens ein externes Magnetfeld dem Magnetstapel bereitstellt, wobei das effektive Anisotropie-Feld und das mindestens eine externe Magnetfeld einen Nicht-Null-Winkel relativ zueinander bilden.A magnetoresistive memory cell comprises a magnetic stack providing an effective anisotropy field of a storage layer of the magnetic stack during a thermally-selected heating and at least one line providing at least one external magnetic field to the magnetic stack, wherein the effective anisotropy field and the at least one external magnetic field form a non-zero angle relative to each other.
Description
Die Erfindung betrifft eine magnetoresistive Speicherzelle, ein Verfahren zum Programmieren einer magnetoresistiven Speicherzelle und ein Verfahren zum Auslesen einer magnetoresistiven Speicherzelle.The The invention relates to a magnetoresistive memory cell, a method for programming a magnetoresistive memory cell and a Method for reading out a magnetoresistive memory cell.
Eine herkömmlich verwendete magnetoresistive Speicherzelle basiert auf dem Tunnel-Magneto-Widerstand-Effekt (Tunneling Magneto Resistance Effect, TMR). In diesem Fall gibt es einen magnetischen Tunnelübergang (Magnetic Tunnel Junction, MTJ) in jeder Speicherzelle. Der MTJ kann in dem einfachsten Fall eine Metall/Isolator/Metall-Struktur mit ferromagnetischen Elektroden sein. Der elektrische Tunnelwiderstand hängt ab von der relativen Ausrichtung des Magnetisierungsvektors der ferromagnetischen Elektroden. Wenn die Magnetisierungsvektoren parallel zueinander sind, dann ist der Tunnelwiderstand klein. Wenn die Magnetisierungsvektoren anti-parallel zueinander sind, dann ist der Tunnelwiderstand größer.A conventional used magnetoresistive memory cell based on the tunnel magneto-resistance effect (Tunneling Magneto Resistance Effect, TMR). In this case there it's a magnetic tunnel junction (Magnetic Tunnel Junction, MTJ) in each memory cell. The MTJ In the simplest case, a metal / insulator / metal structure can be used be ferromagnetic electrodes. The electrical tunnel resistance depends from the relative orientation of the magnetization vector of the ferromagnetic Electrodes. When the magnetization vectors are parallel to each other are, then the tunnel resistance is small. When the magnetization vectors are anti-parallel to each other, then the tunneling resistance is greater.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Speicherkapazität einer magnetoresistiven Speicherzelle erhöht.According to one embodiment The invention relates to the storage capacity of a magnetoresistive memory cell elevated.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine magnetoresistive Speicherzelle bereitgestellt mit einem Magnetstapel, welcher ein effektives anisotropes Feld einer Speicherschicht des Magnetstapels während eines thermisch-ausgewählten Heizens bereitstellt. Ferner ist mindestens eine Leitung vorgesehen zum Bereitstellen von mindestens einem externen Magnetfeld für den Magnetstapel. Das effektive Anisotropie-Feld und das mindestens eine externe Magnetfeld bilden einen Nicht-Null-Winkel relativ zueinander aus.According to one embodiment The invention provides a magnetoresistive memory cell with a magnetic stack, which is an effective anisotropic field a storage layer of the magnetic stack during a thermally-selected heating provides. Furthermore, at least one line is provided for Providing at least one external magnetic field for the magnetic stack. The effective anisotropy field and the at least one external magnetic field form a non-zero angle relative to each other.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das effektive Anisotropie-Feld parallel zu der leichten Achsenrichtung (Easy Axis) des Magnetstapels.According to one Embodiment of the invention, the effective anisotropy field is parallel to the easy axis direction (easy axis) of the magnetic stack.
Das effektive Anisotropie-Feld kann ein Form-Anisotropie-Feld sein.The effective anisotropy field may be a shape anisotropy field.
Weiterhin kann das effektive Anisotropie-Feld ein Intrinsische-Anisotropie-Feld sein.Farther The effective anisotropy field can be an intrinsic anisotropy field be.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der Magnetstapel und die mindestens eine Leitung derart relativ zueinander angeordnet, dass das effektive Anisotropie-Feld und das mindestens eine externe Magnetfeld einen Nicht-Null-Winkel relativ zueinander bilden.According to one another embodiment of the Invention are the magnetic stack and the at least one line arranged so relative to each other that the effective anisotropy field and the at least one external magnetic field is a non-zero angle form relative to each other.
Die mindestens eine Leitung kann ferner dem Magnetstapel einen Heizstrom bereitstellen.The At least one line may further supply the heating element to the magnetic stack provide.
Der Magnetstapel ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ein magnetischer Tunnelübergang-Stapel.Of the Magnetic stack is according to a Embodiment of the invention, a magnetic tunnel junction stack.
Der Magnetstapel kann eine erste ferromagnetische Schicht aufweisen, eine Isolationsschicht, die auf oder über der ersten ferromagnetischen Schicht angeordnet ist sowie eine zweite ferromagnetische Schicht, welche auf oder über der Isolationsschicht angeordnet ist.Of the Magnetic stack may have a first ferromagnetic layer, an insulating layer on top of or above the first ferromagnetic layer is arranged and a second ferromagnetic layer, which up or over the insulating layer is arranged.
Der Magnetstapel kann entlang seiner leichten Achsenrichtung in einem Nicht-Null-Winkel relativ zu der mindestens einen Leitung angeordnet sein.Of the Magnetic stack can along its easy axis direction in one Non-zero angle relative to the at least one line arranged be.
Der Nicht-Null-Winkel zwischen dem Form-Anisotropie-Feld und dem mindestens einen externen Magnetfeld kann einen Wert aufweisen in einem Bereich von ungefähr 5° bis ungefähr 175°, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 15° bis ungefähr 85°.Of the Non-zero angle between the shape anisotropy field and the at least one an external magnetic field may have a value in a range of about 5 ° to about 175 °, for example in a range of about 15 ° to about 85 °.
Die mindestens eine Leitung kann genau eine Feldleitung sein, welche das externe Magnetfeld erzeugt.The at least one line can be exactly one field line, which generates the external magnetic field.
Weiterhin kann die mindestens eine Leitung aus einem Metall hergestellt sein.Farther the at least one conduit may be made of a metal.
Der Heizstrom und das mindestens eine externe Magnetfeld können mittels eines elektrischen Stroms bereitgestellt werden.Of the Heating current and the at least one external magnetic field can by means of an electric current can be provided.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine magnetoresistive Speicherzellenanordnung bereitgestellt mit mindestens einer magnetoresistiven Speicherzelle. Die mindestens eine magnetoresistive Speicherzelle weist einen Magnetstapel auf, welcher ein effektives Anisotropie-Feld einer Speicherschicht des Magnetstapels während des thermisch-ausgewählten Heizens bereitstellt. Weiterhin weist die mindestens eine magnetoresistive Speicherzelle mindestens eine Leitung auf zum Bereitstellen von mindestens einem externen Magnetfeld zu dem Magnetstapel. Das effektive Anisotropie-Feld und das mindestens eine externe Magnetfeld weisen einen Nicht-Null-Winkel relativ zueinander auf. Weiterhin weist die magnetoresistive Speicherzellenanordnung eine Steuerung auf zum Programmieren der magnetoresistiven Speicherzelle.According to one another embodiment of the The invention provides a magnetoresistive memory cell array with at least one magnetoresistive memory cell. The at least one Magnetoresistive memory cell has a magnetic stack, which an effective anisotropy field of a storage layer of the magnetic stack during the thermally-selected Heating provides. Furthermore, the at least one magnetoresistive Memory cell at least one line on to provide at least one external magnetic field to the magnetic stack. The effective Anisotropy field and the at least one external magnetic field a non-zero angle relative to each other. Further points the magnetoresistive memory cell array has a control for programming the magnetoresistive memory cell.
Das effektive Anisotropie-Feld kann parallel zu der leichten Achsenrichtung des Magnetstapels angeordnet sein.The effective anisotropy field can be parallel to the easy axis direction be arranged of the magnetic stack.
Das effektive Anisotropie-Feld kann ein Form-Anisotropie-Feld sein und/oder ein intrinsische-Anisotropie-Feld.The effective anisotropy field may be a shape anisotropy field and / or an intrinsic anisotropy field.
Der Magnetstapel und die mindestens eine Leitung können relativ zueinander derart angeordnet sein, dass das effektive Anisotropie-Feld und das mindestens eine externe Magnetfeld einen Nicht-Null-Winkel relativ zueinander bilden.The magnetic stack and the at least one Conduction may be arranged relative to one another such that the effective anisotropy field and the at least one external magnetic field form a non-zero angle relative to one another.
Die mindestens eine Leitung kann ferner im Magnetstapel einen Heizstrom bereitstellen.The At least one line may further comprise a heating current in the magnetic stack provide.
Die Steuerung kann derart eingerichtet sein, dass ein erster Programmierzustand in die magnetoresistive Speicherzelle programmiert wird mittels Ausführens eines ersten Programmierprozesses, wobei der erste Programmierprozess gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aufweist ein Anlegen des Heizstroms an den Magnetstapel, wobei der Heizstrom mindestens einen Anti-Ferromagneten des Magnetstapels auf eine Temperatur aufheizt, die höher ist als eine Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels. Ferner wird in dem ersten Programmierprozess das externe Magnetfeld an den Magnetstapel angelegt, wobei das externe Magnetfeld größer ist als eine erste Schaltschwelle, die benötigt wird, um die Magnetisierungsausrichtung einer Speicherschicht des Magnetstapels in eine vorbestimmte erste Magnetisierungsausrichtung zu schalten. Weiterhin wird das externe Magnetfeld unter die erste Schaltschwelle reduziert. Nach dem Reduzieren des externen Magnetfeldes unter die erste Schaltschwelle wird der Heizstrom unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels reduziert.The Control may be configured such that a first programming state is programmed into the magnetoresistive memory cell by executing a first programming process, wherein the first programming process according to an embodiment the invention comprises applying the heating current to the magnetic stack, wherein the heating current at least one anti-ferromagnet of the magnetic stack heats up to a temperature which is higher than a blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack. Further, in the first Programming process applied the external magnetic field to the magnetic stack, wherein the external magnetic field is larger as a first switching threshold needed to align the magnetization a storage layer of the magnetic stack in a predetermined first To shift magnetization orientation. Furthermore, the external Magnetic field below the first switching threshold reduced. After reducing of the external magnetic field below the first switching threshold is the Heating current below the blocking temperature of the anti-ferromagnet of the Magnetic stack reduced.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Steuerung derart eingerichtet, dass ein zweiter Programmierzustand in die magnetoresistive Speicherzelle programmiert wird, indem ein zweiter Programmierprozess ausgeführt wird. Der zweite Programmierprozess kann aufweisen ein Anlegen des Heizstroms an den Magnetstapel, wobei der Heizstrom mindestens einen Anti-Ferromagneten des Magnetstapels auf eine Temperatur heizt, die größer ist als eine Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels. Ferner wird das externe Magnetfeld an den Magnetstapel angelegt, wobei das externe Magnetfeld größer ist als eine erste Schaltschwelle, die erforderlich ist, um die Magnetisierungsausrichtung einer Speicherschicht des Magnetstapels in eine vorbestimmte erste Magnetisierungsausrichtung zu schalten. Weiterhin wird der Heizstrom unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels reduziert, und, nachdem der Heizstrom unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels reduziert worden ist, wird das externe Magnetfeld unter die erste Schaltschwelle reduziert.According to one another embodiment of the Invention, the controller is set up such that a second Programming state programmed into the magnetoresistive memory cell by executing a second programming process. Of the second programming process may include applying the heating current to the magnetic stack, wherein the heating current at least one anti-ferromagnet of the magnetic stack to a temperature greater than a blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack. Furthermore, the external Magnetic field applied to the magnetic stack, the external magnetic field is larger as a first switching threshold required to the magnetization orientation a storage layer of the magnetic stack in a predetermined first To shift magnetization orientation. Furthermore, the heating current below the blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack reduced, and, after the heating current below the blocking temperature the anti-ferromagnet of the magnetic stack has been reduced reduces the external magnetic field below the first switching threshold.
Die Steuerung kann derart eingerichtet sein, dass ein dritter Programmierzustand in die magnetoresistive Speicherzelle programmiert wird mittels Ausführens eines dritten Programmierprozesses. Der dritte Programmierprozess weist gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung auf ein Anlegen des Heizstroms an den Magnetstapel, wobei der Heizstrom mindestens einen Anti-Ferromagneten des Magnetstapels auf eine Temperatur heizt, die höher ist als eine Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels. Ferner wird das externe Magnetfeld an den Magnetstapel angelegt, wobei das externe Magnetfeld höher ist als eine zweite Schaltschwelle, die erforderlich ist zum Schalten der Magnetisierungsausrichtung einer Speicherschicht des Magnetstapels in eine vorbestimmte zweite Magnetisierungsausrichtung. Ferner wird der Heizstrom unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels reduziert und, nachdem der Heizstrom unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels reduziert worden ist, wird das externe Magnetfeld unter die zweite Schaltschwelle reduziert.The Control may be arranged such that a third programming state is programmed into the magnetoresistive memory cell by executing a third programming process. The third programming process points according to an embodiment the invention to apply the heating current to the magnetic stack, wherein the heating current at least one anti-ferromagnet of the magnetic stack heats up to a temperature higher is as a blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack. Furthermore, the external magnetic field is applied to the magnetic stack, the external magnetic field is higher is as a second switching threshold, which is required for switching the magnetization orientation of a storage layer of the magnetic stack in a predetermined second magnetization orientation. Furthermore, will the heating current below the blocking temperature of the anti-ferromagnet reduces the magnetic stack and, after the heating current under the Blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack reduced has been, the external magnetic field is below the second switching threshold reduced.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Steuerung derart eingerichtet, dass ein vierter Programmierzustand in die magnetoresistive Speicherzelle programmiert wird, indem ein vierter Programmierprozess ausgeführt wird. Der vierte Programmierprozess weist gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung auf ein Anlegen des Heizstroms an dem Magnetstapel, wobei der Heizstrom mindestens einen Anti-Ferromagneten des Magnetstapels auf eine Temperatur heizt, die höher ist als eine Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels. Ferner wird das externe Magnetfeld an den Magnetstapel angelegt, wobei das externe Magnetfeld höher ist als eine zweite Schaltschwelle, die erforderlich ist zum Schalten der Magnetisierungsausrichtung einer Speicherschicht des Magnetstapels in eine vorbestimmte zweite Magnetisierungsausrichtung. Weiterhin wird das externe Magnetfeld unter die zweite Schaltschwelle reduziert und, nachdem das externe Magnetfeld unter die zweite Schaltschwelle reduziert worden ist, wird der Heizstrom unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels reduziert.According to one another embodiment of the Invention, the controller is arranged such that a fourth programming state is programmed into the magnetoresistive memory cell by a fourth Programming process executed becomes. The fourth programming process, according to one embodiment the invention to an application of the heating current to the magnetic stack, wherein the heating current at least one anti-ferromagnet of the magnetic stack heats up to a temperature that is higher as a blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack. Furthermore, the external magnetic field is applied to the magnetic stack, the external magnetic field is higher is as a second switching threshold, which is required for switching the magnetization orientation of a storage layer of the magnetic stack in a predetermined second magnetization orientation. Farther the external magnetic field is reduced below the second switching threshold and, after the external magnetic field is reduced below the second switching threshold has been, the heating current is below the blocking temperature of the Anti-ferromagnets of the magnetic stack reduced.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zum Programmieren einer magnetoresistiven Speicherzelle bereitgestellt, bei dem ein Heizstrom an den Magnetstapel angelegt wird, wobei der Heizstrom mindestens einen Anti-Ferromagneten des Magnetstapels auf eine Temperatur heizt, die höher ist als eine Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels. Ferner wird ein externes Magnetfeld an den Magnetstapel derart angelegt, dass ein effektives Anisotropie-Feld einer Speicherschicht des Magnetstapels während eines thermisch-ausgewählten Heizens bereitgestellt wird, wobei das effektive Anisotropie-Feld und das externe Magnetfeld einen Nicht-Null-Winkel relativ zueinander bilden. Ferner werden der Heizstrom und das externe Magnetfeld zu unterschiedlichen Zeitpunkten reduziert, womit die magnetoresistive Speicherzelle unter Verwendung des effektiven Anisotropie-Feldes und des externen Magnetfeldes programmiert wird.According to another embodiment of the invention, there is provided a method of programming a magnetoresistive memory cell in which a heating current is applied to the magnetic stack, the heating current heating at least one anti-ferromagnet of the magnetic stack to a temperature higher than a blocking temperature of the anti-ferromagnet. Ferromagnets of the magnetic stack. Further, an external magnetic field is applied to the magnetic stack so as to provide an effective anisotropy field of a storage layer of the magnetic stack during a thermally-selected heating, wherein the effective anisotropy field and the external magnetic field form a non-zero angle relative to each other. Further, the heating current and the external magnetic field become different reduced times, with which the magnetoresistive memory cell is programmed using the effective anisotropy field and the external magnetic field.
Das effektive Anisotropie-Feld kann parallel ausgerichtet sein zu der leichten Achsenrichtung des Magnetstapels.The effective anisotropy field can be aligned parallel to the slight axis direction of the magnetic stack.
Gemäß dem Verfahren kann ein Programmieren eines ersten Programmierzustands in die magnetoresistive Speicherzelle durchgeführt werden, indem ein erster Programmierprozess ausgeführt wird. Gemäß dem ersten Programmierprozess kann der Heizstrom an den Magnetstapel angelegt werden, wobei der Heizstrom mindestens einen Anti-Ferromagneten des Magnetstapels auf eine Temperatur heizt, die höher ist als eine Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels. Weiterhin kann das externe Magnetfeld an den Magnetstapel angelegt werden, wobei das externe Magnetfeld höher ist als eine erste Schaltschwelle, die erforderlich ist zum Schalten der Magnetisierungsausrichtung einer Speicherschicht des Magnetstapels in eine vorbestimmte erste Magnetisierungsausrichtung. Das externe Magnetfeld kann unter die erste Schaltschwelle reduziert werden und, nachdem das externe Magnetfeld unter die erste Schaltschwelle reduziert worden ist, kann der Heizstrom unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels reduziert werden.According to the procedure may be a programming of a first programming state in the magnetoresistive Memory cell performed by performing a first programming process. According to the first Programming process, the heating current can be applied to the magnetic stack be, wherein the heating current at least one anti-ferromagnet of the magnetic stack heats up to a higher temperature as a blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack. Furthermore, the external magnetic field can be applied to the magnetic stack with the external magnetic field being higher than a first switching threshold, which is required for switching the magnetization orientation a storage layer of the magnetic stack in a predetermined first Magnetization orientation. The external magnetic field can be under the first switching threshold can be reduced and, after the external magnetic field has been reduced below the first switching threshold, the heating current below the blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack be reduced.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens kann es vorgesehen sein, einen zweiten Programmierzustand in die magnetoresistive Speicherzelle zu programmieren, indem ein zweiter Programmierprozess ausgeführt wird. Gemäß dem zweiten Programmierprozess kann der Heizstrom an den Magnetstapel angelegt werden, wobei der Heizstrom mindestens einen Anti-Ferromagneten des Magnetstapels auf eine Temperatur heizt, die höher ist als eine Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels. Ferner kann das externe Magnetfeld an den Magnetstapel angelegt werden, wobei das externe Magnetfeld höher ist als eine erste Schaltschwelle, die erforderlich ist zum Schalten der Magnetisierungsausrichtung einer Speicherschicht des Magnetstapels in eine vorbestimmte erste Magnetisierungsausrichtung. Der Heizstrom wird unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels reduziert und, nachdem der Heizstrom unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels reduziert worden ist, wird das externe Magnetfeld unter die erste Schaltschwelle reduziert.According to one Another embodiment of the method may be provided, a second programming state in the magnetoresistive memory cell to program by performing a second programming process. According to the second Programming process, the heating current can be applied to the magnetic stack be, wherein the heating current at least one anti-ferromagnet of the Magnetic stack heats to a temperature which is higher than a blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack. Furthermore, the external magnetic field to the magnetic stack be applied, wherein the external magnetic field is higher than a first switching threshold, which is required for switching the magnetization orientation a storage layer of the magnetic stack in a predetermined first magnetization orientation. The heating current is below the blocking temperature of the anti-ferromagnet reduces the magnetic stack and, after the heating current under the Blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack reduced has been, the external magnetic field is below the first switching threshold reduced.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Verfahren ein Programmieren eines dritten Programmierzustandes in die magnetoresistive Speicherzelle aufweist, indem ein dritter Programmierprozess durchgeführt wird. Gemäß dem dritten Programmierprozess wird der Heizstrom an den Magnetstapel angelegt, wobei der Heizstrom mindestens einen Anti-Ferromagneten des Magnetstapels auf eine Temperatur heizt, die höher ist als eine Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels. Ferner wird das externe Magnetfeld an den Magnetstapel angelegt, wobei das externe Magnetfeld höher ist als eine zweite Schaltschwelle, die erforderlich ist zum Schalten der Magnetisierungsausrichtung einer Speicherschicht des Magnetstapels in eine vorbestimmte zweite Magnetisierungsausrichtung. Der Heizstrom wird unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels reduziert und, nachdem der Heizstrom unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels reduziert worden ist, wird das externe Magnetfeld unter die zweite Schaltschwelle reduziert.According to one another embodiment of the The invention provides that the method is a programming a third programming state in the magnetoresistive memory cell by performing a third programming process. According to the third Programming process, the heating current is applied to the magnetic stack, wherein the heating current at least one anti-ferromagnet of the magnetic stack heats up to a temperature higher is as a blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack. Furthermore, the external magnetic field is applied to the magnetic stack, the external magnetic field is higher is as a second switching threshold, which is required for switching the magnetization orientation of a storage layer of the magnetic stack in a predetermined second magnetization orientation. The heating current is below the blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack reduced and, after the heating current is below the blocking temperature the anti-ferromagnet of the magnetic stack has been reduced reduces the external magnetic field below the second switching threshold.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ein Programmieren eines vierten Programmierzustands in die magnetoresistive Speicherzelle auf, indem ein vierter Programmierprozess durchgeführt wird. Gemäß dem vierten Programmierprozess wird der Heizstrom an den Magnetstapel angelegt, wobei der Heizstrom mindestens einen Anti-Ferromagneten des Magnetstapels auf eine Temperatur heizt, die höher ist als eine Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels. Ferner wird das externe Magnetfeld an den Magnetstapel angelegt, wobei das externe Magnetfeld höher ist als eine zweite Schaltschwelle, die erforderlich ist zum Schalten der Magnetisierungsausrichtung einer Speicherschicht des Magnetstapels in eine vorbestimmte zweite Magnetisierungsausrichtung. Weiterhin wird das externe Magnetfeld unter die zweite Schaltschwelle reduziert und, nachdem das externe Magnetfeld unter die zweite Schaltschwelle reduziert worden ist, wird der Heizstrom unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels reduziert.According to one another embodiment of the The invention features the method of programming a fourth programming state into the magnetoresistive memory cell by performing a fourth programming process carried out becomes. According to the fourth Programming process, the heating current is applied to the magnetic stack, wherein the heating current at least one anti-ferromagnet of the magnetic stack heats up to a temperature higher is as a blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack. Furthermore, the external magnetic field is applied to the magnetic stack, the external magnetic field is higher is as a second switching threshold, which is required for switching the magnetization orientation of a storage layer of the magnetic stack in a predetermined second magnetization orientation. Farther the external magnetic field is reduced below the second switching threshold and, after the external magnetic field is below the second switching threshold has been reduced, the heating current is below the blocking temperature reduced the anti-ferromagnet of the magnetic stack.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zum Lesen einer magnetoresistiven Speicherzelle vorgesehen, bei dem ein erster Widerstandswert der magnetoresistiven Speicherzelle gemessen wird, bei dem ein Heizstrom und ein externes Magnetfeld an einem Magnetstapel der magnetoresistiven Speicherzelle angelegt werden, wobei ein vordefinierter Referenzzustand programmiert wird. Weiterhin wird ein zweiter Widerstandswert der magnetoresistiven Speicherzelle, welche sich in dem Referenzzustand befindet, gemessen und es wird der Programmierzustand gemäß dem ersten Widerstandswert ermittelt, indem der erste Widerstandswert mit dem zweiten Widerstandswert verglichen wird.According to one another embodiment of the The invention is a method of reading a magnetoresistive memory cell provided in which a first resistance of the magnetoresistive memory cell is measured, in which a heating current and an external magnetic field applied to a magnetic stack of the magnetoresistive memory cell , whereby a predefined reference state is programmed. Furthermore, a second resistance of the magnetoresistive Memory cell, which is in the reference state, measured and it becomes the programming state according to the first resistance value determined by the first resistance value with the second resistance value is compared.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist es ferner vorgesehen, den Programmierzustand gemäß dem ersten Widerstandswert in die magnetoresistive Speicherzelle zu programmieren.According to one embodiment of the invention it is further provided to program the programming state according to the first resistance value in the magnetoresistive memory cell.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zum Lesen einer magnetoresistiven Speicherzelle vorgesehen, bei dem ein erster Widerstandswert der magnetoresistiven Speicherzelle gemessen wird und bei dem ein Heizstrom angelegt wird, womit eine Relaxation der Magnetisierungsrichtung des Magnetstapels der magnetoresistiven Speicherzelle in mindestens eine Referenzrichtung ermöglicht wird. Weiterhin wird ein zweiter Widerstandswert der magnetoresistiven Speicherzelle gemessen, wenn die Magnetisierungsrichtung eines Magnetstapels der magnetoresistiven Speicherzelle in der Referenzrichtung ist und es wird der Programmierzustand gemäß dem ersten Widerstandswert ermittelt, indem der erste Widerstandswert mit dem zweiten Widerstandswert verglichen wird.According to one another embodiment of the The invention is a method of reading a magnetoresistive memory cell provided in which a first resistance of the magnetoresistive memory cell is measured and in which a heating current is applied, whereby a Relaxation of the magnetization direction of the magnetic stack of the magnetoresistive Memory cell is made possible in at least one reference direction. Furthermore, a second resistance of the magnetoresistive Memory cell measured when the magnetization direction of a magnetic stack the magnetoresistive memory cell is in the reference direction and it becomes the programming state according to the first resistance value determined by the first resistance value with the second resistance value is compared.
Ferner wird gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens der Programmierzustand gemäß dem ersten Widerstandswert in die magnetoresistive Speicherzelle einprogrammiert.Further is according to a Embodiment of the method of programming state according to the first Resistance value programmed into the magnetoresistive memory cell.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Referenzrichtung parallel zu oder anti-parallel zu der leichten Achsenrichtung des Magnetstapels ist.According to one Another embodiment of the invention, it is provided that the Reference direction parallel to or anti-parallel to the easy axis direction of the magnetic stack.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zum Lesen einer magnetoresistiven Speicherzelle bereitgestellt, bei dem ein erster Widerstandswert der magnetoresistiven Speicherzelle gemessen wird und bei dem ein Magnetfeld angelegt wird, womit die Magnetisierungsrichtung eines Magnetstapels der magnetoresistiven Speicherzelle in mindestens eine Referenzrichtung eingeprägt wird. Weiterhin wird ein zweiter Widerstandswert der magnetoresistiven Speicherzelle gemessen, wenn die Magnetisierungsrichtung eines Magnetstapels der magnetoresistiven Speicherzelle in der Referenzrichtung ist. Ferner wird der Programmierzustand gemäß dem ersten Widerstandswert ermittelt, indem der erste Widerstandswert und der zweite Widerstandswert miteinander verglichen werden.According to one another embodiment of the The invention will provide a method of reading a magnetoresistive memory cell provided in which a first resistance of the magnetoresistive Memory cell is measured and at which applied a magnetic field becomes, whereby the magnetization direction of a magnetic stack of the magnetoresistive memory cell in at least one reference direction imprinted becomes. Furthermore, a second resistance of the magnetoresistive Memory cell measured when the magnetization direction of a magnetic stack the magnetoresistive memory cell is in the reference direction. Further, the program state becomes according to the first resistance value determined by the first resistance value and the second resistance value compared with each other.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist es gemäß dem Verfahren vorgesehen, den Programmierzustand gemäß dem ersten Widerstandswert in die magnetoresistive Speicherzelle zu programmieren.According to one Embodiment of the invention it is provided according to the method, the programming state according to the first one To program resistance value into the magnetoresistive memory cell.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass die Referenzrichtung parallel zu oder anti-parallel zu der leichten Achsenrichtung des Magnetstapels ist.Farther it can be provided that the reference direction parallel to or is anti-parallel to the easy axis direction of the magnetic stack.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine magnetoresistive Speicherzelle vorgesehen, welche Mittel aufweist zum Bereitstellen eines Form-Anisotropie-Feldes parallel zu der leichten Achsenrichtung eines Magnetstapels der magnetoresistiven Speicherzelle. Ferner sind Mittel vorgesehen zum Bereitstellen mindestens eines externen Magnetfeldes zu dem Magnetstapel. Die Mittel zum Bereitstellen eines Form-Anisotropie-Feldes und die Mittel zum Bereitstellen von mindestens einem externen Magnetfeld sind relativ zueinander derart angeordnet, dass das Form-Anisotropie-Feld und das mindestens eine externe Magnetfeld einen Nicht-Null-Winkel relativ zueinander bilden.According to one another embodiment of the Invention is provided a magnetoresistive memory cell, which Means for providing a shape anisotropy field parallel to the easy axis direction of a magnetic stack of the magnetoresistive memory cell. Furthermore, means are provided for Providing at least one external magnetic field to the magnetic stack. The means for providing a shape anisotropy field and the means for providing at least one external magnetic field arranged relative to each other such that the shape anisotropy field and the at least one external magnetic field is a non-zero angle form relative to each other.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.embodiments The invention are illustrated in the figures and will be explained in more detail below.
Es zeigenIt demonstrate
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.in the For purposes of this description, the terms "connected," "connected," and "coupled" will be used to describe both direct and indirect, direct indirect or direct or indirect Coupling. In the figures, identical or similar elements become identical Provided reference numerals, as appropriate.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das effektive Anisotropie-Feld parallel zu der leichten Achsenrichtung des Magnetstapels.In an embodiment the invention is the effective anisotropy field parallel to the slight axis direction of the magnetic stack.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist unter dem effektiven Anisotropie-Feld beispielsweise das Anisotropie-Feld zu verstehen, das in einer Speicherschicht des Magnetstapels erzeugt wird, wenn sie erhitzt wird, beispielsweise über die Blockiertemperatur von mindestens einem Anti-Ferromagneten des Magnetstapels. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das effektive Anisotropie-Feld ein Form-Anisotropie-Feld und/oder ein Intrinsische-Anisotropie-Feld, d.h. ein Anisotropie-Feld, das abhängig ist von den Materialien des Magnetstapels, beispielsweise abhängig von dem/den Material(ien) der Speicherschicht des Magnetstapels inklusive der Wachstumsbedingungen des Materials bzw. der Materialien der Speicherschicht des Magnetstapels. Ferner kann jede beliebige Art von Anisotropie-Feld in alternativen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden, beispielsweise Form-Anisotropie-Felder oder Intrinsische-Anisotropie-Felder höherer Ordnung wie beispielsweise kubische Anisotropie-Felder.In an embodiment For example, the invention is under the effective anisotropy field the anisotropy field to understand that generated in a storage layer of the magnetic stack when heated, for example, above the blocking temperature of at least one anti-ferromagnet of the magnetic stack. In one embodiment In the invention, the effective anisotropy field is a shape anisotropy field and / or an intrinsic anisotropy field, i. an anisotropy field, that depends is of the materials of the magnetic stack, for example, depending on the / Material (s) of the storage layer of the magnetic stack including the Growth conditions of the material or the materials of the storage layer of the Magnetic stack. Furthermore, any type of anisotropy field in alternative embodiments of the invention, for example, shape anisotropy fields or higher order intrinsic anisotropy fields such as cubic Anisotropy fields.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der Magnetstapel und die mindestens eine Leitung relativ zueinander derart angeordnet, dass das effektive Anisotropie-Feld und das mindestens eine externe Magnetfeld einen Nicht-Null-Winkel (anders ausgedrückt einen Winkel ungleich Null) relativ zueinander bilden.In an embodiment The invention relates to the magnetic stack and the at least one line arranged relative to each other such that the effective anisotropy field and the at least an external magnetic field has a non-zero angle (in other words, a Angles other than zero) relative to each other.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt die mindestens eine Leitung dem Magnetstapel einen Heizstrom und mindestens ein externes Magnetfeld bereit.In one embodiment of the invention, the at least one line provides the magnet stack with a heating current and at least one external Mag ready.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Magnetstapel ein magnetischer Tunnelübergang-Stapel. Jedoch kann jede andere Art von Magnetstapel verwendet werden in einer magnetoresistiven Speicherzelle gemäß alternativen Ausführungsformen der Erfindung.In an embodiment According to the invention, the magnetic stack is a magnetic tunnel junction stack. However, any other type of magnetic stack can be used in a magnetoresistive memory cell according to alternative embodiments the invention.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Magnetstapel eine erste ferromagnetische Schicht auf, eine Isolationsschicht, auf oder über der ersten ferromagnetischen Schicht, sowie eine zweite ferromagnetische Schicht, angeordnet auf oder über der Isolationsschicht.In an embodiment According to the invention, the magnetic stack has a first ferromagnetic layer on, an insulating layer, on or above the first ferromagnetic Layer, and a second ferromagnetic layer, arranged on or above the Insulation layer.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Magnetstapel entlang seiner leichten Achsenrichtung in einem Nicht-Null-Winkel relativ zu der mindestens einen Leitung angeordnet. Ein Magnetstapel, welcher eine längliche Struktur mit einem Aspektverhältnis ungleich „1" aufweist, stellt üblicherweise eine Form-Anisotropie bereit und somit ein magnetisches Form-Anisotropie-Feld. In dem Fall, dass der Magnetstapel eine längliche Struktur aufweist derart, dass er sich in einer ersten Hauptrichtung (beispielsweise der Länge des Magnetstapels) mehr erstreckt und weniger in einer zweiten Hauptrichtung (beispielsweise der Breite des Magnetstapels) und damit beispielsweise eine Ellipsenstruktur aufweist, wird ein Form-Anisotropie-Feld bereitgestellt. Beispielsweise wird die erste Hauptrichtung auch als die leichte Achsenrichtung (Easy Axis) des Magnetstapels bezeichnet. Unter der leichten Achsenrichtung kann die energetisch favorisierte Richtung der spontanen Magnetisierung in einem ferromagnetischen Material verstanden werden. Die zweite Hauptrichtung, die senkrecht zu der ersten Hauptrichtung sein kann, wird auch als die harte Achsenrichtung (Hard Axis) des Magnetstapels bezeichnet. Unter der harten Achsenrichtung kann die energetisch weniger favorisierte Richtung der spontanen Magnetisierung in einem ferromagnetischen Material verglichen mit der leichten Achsenrichtung verstanden werden. Das bereitgestellte magnetische Form-Anisotropie-Feld wird üblicherweise bereitgestellt entlang der leichten Achsenrichtung des Magnetstapels. Es ist anzumerken, dass in einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Magnetstapel mit einem Aspektverhältnis gleich „1" verwendet werden kann, wenn beispielsweise die intrinsische Anisotropie verwendet wird zum Bereitstellen des effektiven Anisotropie-Feldes.In another embodiment According to the invention, the magnetic stack is along its easy axis direction at a non-zero angle relative to the at least one conduit arranged. A magnetic stack, which has an elongated structure with a aspect ratio not equal to "1", usually represents a shape anisotropy ready and thus a magnetic shape-anisotropy field. In the case that the magnetic stack has an elongated structure such that in a first main direction (for example, the length of the Magnetic stack) extends more and less in a second main direction (For example, the width of the magnetic stack) and thus, for example has an elliptical structure, a shape anisotropy field is provided. For example, the first main direction is also considered the light one Axis direction (Easy Axis) of the magnetic stack. Under the easy axis direction, the energetic favored direction the spontaneous magnetization in a ferromagnetic material be understood. The second main direction perpendicular to the The first main direction is also called the hard axis direction (Hard Axis) of the magnetic stack. Under the hard axis direction may be the energetically less favored direction of spontaneous magnetization in a ferromagnetic material compared to the light one Axial direction to be understood. The provided magnetic shape-anisotropy field becomes common provided along the easy axis direction of the magnetic stack. It should be noted that in an alternative embodiment According to the invention, a magnetic stack having an aspect ratio equal to "1" can be used can, for example, if the intrinsic anisotropy used becomes to provide the effective anisotropy field.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Nicht-Null-Winkel zwischen dem Form-Anisotropie-Feld und dem mindestens einen externen Magnetfeld einen Wert in einem Bereich von ungefähr 5° bis ungefähr 175° auf, beispielsweise einen Wert in einem Bereich von ungefähr 15° bis ungefähr 85°. Im Allgemeinen kann der Nicht-Null-Winkel jeder beliebige Winkel sein, der eine zweite Vektorkomponente zusätzlich zu der Vektorkomponente bereitstellt, welche bereitgestellt wird von dem externen Magnetfeld, um die benötigten zwei Freiheitsgrade bereitzustellen, um die Magnetisierungsausrichtung des Magnetstapels einzustellen, genauer, einer Speicherschicht des Magnetstapels, welche in ihrer Magnetisierungsausrichtung während des Heizens nicht festgelegt ist, in einer großen Vielzahl unterschiedlicher gewünschter Positionen, d.h. in einer großen Vielzahl von unterschiedlichen gewünschten Winkeln.In an embodiment The invention assigns the non-zero angle between the shape anisotropy field and the at least one external magnetic field a value in a range of about 5 ° to about 175 °, for example, a value in a range of about 15 ° to about 85 °. In general The non-zero angle may be any angle that one second vector component in addition to the vector component which is provided from the external magnetic field to provide the required two degrees of freedom, to adjust the magnetization orientation of the magnetic stack, more precisely, a storage layer of the magnetic stack, which in its Magnetization orientation during of heating is not fixed, in a large variety of different desired Positions, i. in a great variety of different desired Angles.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das effektive Anisotropie-Feld (beispielsweise das Form-Anisotropie-Feld und/oder das Intrinsische-Anisotropie-Feld) (intrinsische Zelleneigenschaften, parallel zu der leichten Achsenrichtung) kombiniert mit dem extern erzeugten Feld, beispielsweise erzeugt von einer Leitung, wobei die Leitung eine Metallleitung sein kann. Die zwei Felder haben einen Nicht-Null-Winkel relativ zueinander, was eine Multi-Level-Zustands-Auswahl ermöglicht. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Auswählen der unterschiedlichen Zustände gesteuert mittels unterschiedlicher Timing-Sequenzen des Heizstroms und des bipolaren Feldstroms, welche im Folgenden näher erläutert werden. Beispielsweise wird die resultierende Magnetisierungsrichtung entlang der leichten Achsenrichtung ausgerichtet, wenn die Zelle von dem Feld geschaltet wird und das Heizen ausgeschaltet wird nach dem Anlegen des Feldpulses. Alternativ resultiert die Magnetisierungsrichtung in einer außerhalb der leichten Achsenrichtung liegenden Richtung, wenn der Heizstrom ausgeschaltet wird, während der Feldpuls noch vorhanden ist. Mit diesem Verfahren können mindestens vier Zustände oder mehr eingestellt werden mit einer einzelnen Feld-Metallleitung, womit es ermöglicht wird, mindestens zwei Informationsbits in eine magnetoresistive Speicherzelle zu speichern.In an embodiment According to the invention, the effective anisotropy field (for example, the Shape anisotropy field and / or the intrinsic anisotropy field) (intrinsic cell properties, parallel to the easy axis direction) combined with the externally generated field, for example generated by a Line, wherein the line may be a metal line. The two Fields have a non-zero angle relative to each other, allowing multi-level state selection. In one embodiment The invention will be selecting of different states controlled by means of different timing sequences of the heating current and of the bipolar field current, which are explained in more detail below. For example the resulting direction of magnetization is along the light Axis direction aligned when the cell is switched from the field and the heating is switched off after the application of the field pulse. Alternatively, the magnetization direction results in an outside the easy axis direction when the heating current is turned off while the field pulse is still present. With this procedure, at least four states or more can be set with a single field metal line, what it makes possible is at least two bits of information in a magnetoresistive Memory cell to save.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die mindestens eine Leitung genau eine Feldleitung sein, welche verwendet werden kann zum Erzeugen des externen Magnetfeldes. In anderen Worten ermöglicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung den Verzicht auf eine Metallleitung in der Architektur der Speicherzelle zum Programmieren der Zellen. Jedoch ist anzumerken, dass in einer alternativen Ausführungsform der Erfindung eine Mehrzahl von Leitungen ebenfalls vorgesehen sein kann, welche gemeinsam das externe Magnetfeld zum Programmieren der Magnetisierungsausrichtung der Speicherzelle erzeugen.In an embodiment According to the invention, the at least one line can be exactly one field line which can be used to generate the external magnetic field. In other words allows an embodiment The invention of the waiver of a metal line in the architecture of Memory cell for programming the cells. However, it should be noted that in an alternative embodiment the invention a plurality of lines also be provided can, which together the external magnetic field for programming generate the magnetization orientation of the memory cell.
Ferner kann in einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Mehrzahl von Bitleitungen vorgesehen sein, beispielsweise eine erste Bitleitung zum Erzeugen des externen Magnetfeldes und eine zweite Bitleitung zum elektrischen Kontaktieren des Magnetstapels.Furthermore, in an alternative embodiment of the invention, a plurality of bit lines may be provided, for example a first one Bit line for generating the external magnetic field and a second bit line for electrically contacting the magnetic stack.
Die mindestens eine Leitung kann hergestellt sein aus einem Metall wie beispielsweise aus Kupfer, Aluminium und dergleichen.The At least one pipe can be made of a metal like for example, copper, aluminum and the like.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden der Heizstrom und das mindestens eine externe Magnetfeld bereitgestellt mittels einer elektrischen Stromquelle, welche in den Heizstrom und den Strom, welcher das mindestens eine externe Magnetfeld erzeugt, aufgeteilt werden kann.In an embodiment The invention relates to the heating current and the at least one external Magnetic field provided by means of an electric power source, which in the heating and the current, which at least one external magnetic field generated, can be split.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Speicherzellenanordnung bereitgestellt mit einem Magnetstapel, welcher ein effektives Anisotropie-Feld einer Speicherschicht des Magnetstapels während eines thermisch-ausgewählten Heizens bereitstellt, wobei das effektive Anisotropie-Feld parallel zu der leichten Achsenrichtung des Magnetstapels ist, wobei mindestens eine Leitung vorgesehen ist, welche mindestens ein externes Magnetfeld zu dem Magnetstapel bereitstellt, wobei das effektive Anisotropie-Feld und das mindestens eine externe Magnetfeld einen Nicht-Null-Winkel relativ zueinander bilden. Ferner weist die Speicherzellenanordnung eine Steuerung auf zum Programmieren der magnetoresistiven Speicherzelle.In another embodiment The invention provides a memory cell arrangement with a magnetic stack which has an effective anisotropy field Storage layer of the magnetic stack during a thermally-selected heating wherein the effective anisotropy field is parallel to the slight axis direction of the magnetic stack, at least a line is provided, which at least one external magnetic field to the magnetic stack, wherein the effective anisotropy field and the at least an external magnetic field forming a non-zero angle relative to each other. Furthermore, the memory cell arrangement has a control to Programming the magnetoresistive memory cell.
Das effektive Anisotropie-Feld kann ein Form-Anisotropie-Feld und/oder ein Intrinsische-Anisotropie-Feld sein.The effective anisotropy field can be a shape anisotropy field and / or an intrinsic anisotropy field.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der Magnetstapel und die mindestens eine Leitung derart relativ zueinander angeordnet, dass das effektive Anisotropie-Feld und das mindestens eine externe Magnetfeld einen Nicht-Null-Winkel relativ zueinander bilden.In an embodiment The invention relates to the magnetic stack and the at least one line arranged so relative to each other that the effective anisotropy field and the at least one external magnetic field is a non-zero angle relative to each other form.
Die mindestens eine Leitung kann ferner dem Magnetstapel einen Heizstrom bereitstellen.The At least one line may further supply the heating element to the magnetic stack provide.
Weiterhin kann die Steuerung eingerichtet sein derart, dass ein erster Programmierzustand in die magnetoresistive Speicherzelle programmiert wird, indem ein erster Programmierprozess durchgeführt wird. Gemäß dem ersten Programmierprozess kann der Heizstrom an den Magnetstapel angelegt werden, wobei der Heizstrom mindestens einen Anti-Ferromagneten des Magnetstapels auf eine Temperatur heizt, die höher ist als eine Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels. Ferner kann das externe Magnetfeld an den Magnetstapel angelegt werden, wobei das externe Magnetfeld höher ist als eine erste Schaltschwelle, die erforderlich ist zum Schalten der Magnetisierungsausrichtung einer Speicherschicht des Magnetstapels in eine vorbestimmte erste Magnetisierungsausrichtung. Das externe Magnetfeld wird unter die erste Schaltschwelle reduziert und, nachdem das externe Magnetfeld unter die erste Schaltschwelle reduziert worden ist, wird der Heizstrom unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels reduziert.Farther For example, the controller may be configured such that a first programming state programmed into the magnetoresistive memory cell by a first programming process is performed. According to the first Programming process, the heating current can be applied to the magnetic stack, wherein the heating current at least one anti-ferromagnet of the magnetic stack a temperature heats up, the higher is as a blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack. Further the external magnetic field can be applied to the magnetic stack, the external magnetic field is higher is as a first switching threshold required for switching the magnetization orientation of a storage layer of the magnetic stack in a predetermined first magnetization orientation. The external one Magnetic field is reduced below the first switching threshold and, after the external magnetic field has been reduced below the first switching threshold is, the heating current is below the blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack reduced.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Steuerung derart eingerichtet, dass ein zweiter Programmierzustand in die magnetoresistive Speicherzelle programmiert wird, indem ein zweiter Programmierprozess durchgeführt wird. Gemäß dem zweiten Programmierprozess wird der Heizstrom an den Magnetstapel angelegt, wobei der Heizstrom mindestens einen Anti-Ferromagneten des Magnetstapels auf eine Temperatur heizt, welche höher ist als eine Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels. Ferner wird das externe Magnetfeld an den Magnetstapel angelegt, wobei das externe Magnetfeld höher ist als eine erste Schaltschwelle, die erforderlich ist zum Schalten der Magnetisierungsausrichtung einer Speicherschicht des Magnetstapels in eine vorbestimmte erste Magnetisierungsausrichtung. Weiterhin wird der Heizstrom unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels reduziert und, nachdem der Heizstrom unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels reduziert worden ist, wird das externe Magnetfeld unter die erste Schaltschwelle reduziert.In an embodiment According to the invention, the controller is set up such that a second programming state programmed into the magnetoresistive memory cell by a second programming process is performed. According to the second Programming process, the heating current is applied to the magnetic stack, wherein the heating current at least one anti-ferromagnet of the magnetic stack to a temperature which is higher than a blocking temperature of the anti-ferromagnet of the Magnetic stack. Further, the external magnetic field is applied to the magnetic stack applied, wherein the external magnetic field is higher than a first switching threshold, which is required for switching the magnetization orientation a storage layer of the magnetic stack in a predetermined first Magnetization orientation. Furthermore, the heating current is below the blocking temperature reduces the anti-ferromagnet of the magnetic stack and, after the heating current below the blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack has been reduced, becomes the external magnetic field reduced below the first switching threshold.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Steuerung derart eingerichtet, dass ein dritter Programmierzustand in die magnetoresistive Speicherzelle programmiert wird, indem ein dritter Programmierprozess ausgeführt wird. Gemäß dem dritten Programmierprozess wird ein Heizstrom an den Magnetstapel angelegt, wobei der Heizstrom mindestens einen Anti-Ferromagneten des Magnetstapels auf eine Temperatur heizt, die höher ist als eine Blockiertemperatur des Anti- Ferromagneten des Magnetstapels. Ferner wird ein externes Magnetfeld an den Magnetstapel angelegt, wobei das externe Magnetfeld höher ist als eine zweite Schaltschwelle, die erforderlich ist zum Schalten der Magnetisierungsausrichtung einer Speicherschicht des Magnetstapels in eine vorbestimmte zweite Magnetisierungsausrichtung. Der Heizstrom wird unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels reduziert und, nachdem der Heizstrom unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels reduziert worden ist, wird das externe Magnetfeld unter die zweite Schaltschwelle reduziert.In an embodiment According to the invention, the controller is arranged such that a third programming state programmed into the magnetoresistive memory cell by a third programming process is executed. According to the third Programming process, a heating current is applied to the magnetic stack, wherein the heating current at least one anti-ferromagnet of the magnetic stack heats up to a temperature higher is as a blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack. Further an external magnetic field is applied to the magnetic stack, wherein the external magnetic field higher is as a second switching threshold, which is required for switching the magnetization orientation of a storage layer of the magnetic stack in a predetermined second magnetization orientation. The heating current becomes below the blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack reduced and, after the heating current is below the blocking temperature the anti-ferromagnet of the magnetic stack has been reduced reduces the external magnetic field below the second switching threshold.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Steuerung derart eingerichtet, dass ein vierter Programmierzustand in die magnetoresistive Speicherzelle programmiert wird, indem ein vierter Programmierprozess ausgeführt wird. Gemäß dem vierten Programmierprozess wird ein Heizstrom an den Magnetstapel angelegt, wobei der Heizstrom mindestens einen Anti-Ferromagneten des Magnetstapels auf eine Temperatur heizt, die höher ist als eine Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels. Ferner wird ein externes Magnetfeld an den Magnetstapel angelegt, wobei das externe Magnetfeld höher ist als eine zweite Schaltschwelle, die erforderlich ist zum Schalten der Magnetisierungsausrichtung einer Speicherschicht des Magnetstapels in eine vorbestimmte zweite Magnetisierungsausrichtung. Ferner wird das externe Magnetfeld unter die zweite Schaltschwelle reduziert und, nachdem das externe Magnetfeld unter die zweite Schaltschwelle reduziert worden ist, wird der Heizstrom unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels reduziert.In one embodiment of the invention, the controller is configured to program a fourth programming state into the magnetoresistive memory cell by performing a fourth programming process. According to the four In the programming process, a heating current is applied to the magnetic stack, wherein the heating current heats at least one anti-ferromagnet of the magnetic stack to a temperature which is higher than a blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack. Further, an external magnetic field is applied to the magnetic stack, wherein the external magnetic field is higher than a second switching threshold, which is required for switching the magnetization orientation of a storage layer of the magnetic stack in a predetermined second magnetization orientation. Further, the external magnetic field is reduced below the second switching threshold and, after the external magnetic field has been reduced below the second switching threshold, the heating current is reduced below the blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack.
Der mindestens eine geheizte Anti-Ferromagnet kann der Anti-Ferromagnet sein, der der Speicherschicht, beispielsweise der freien Schicht, des Magnetstapels zum Festlegen (Pinnen) der Magnetisierungsrichtung der Speicherschicht zugeordnet ist.Of the at least one heated anti-ferromagnet can be the anti-ferromagnet, that of the storage layer, for example the free layer, of the magnetic stack for fixing (pinning) the magnetization direction of the memory layer assigned.
Das Reduzieren des externen Magnetfeldes unter ein Schwellenfeld (beispielsweise die erste Schaltschwelle oder die zweite Schaltschwelle) ist derart zu verstehen, dass es enthalten kann das Reduzieren des externen Magnetfeldes unter das Schwellenfeld, wobei noch weiterhin ein schwaches externes Magnetfeld bereitgestellt werden kann, es kann aber auch das Ausschalten des externen Magnetfeldes enthalten.The Reduce the external magnetic field below a threshold field (for example the first switching threshold or the second switching threshold) is such Understand that it can contain reducing the external Magnetic field under the threshold field, where still a weak external Magnetic field can be provided, but it can also switch off of the external magnetic field.
Das Reduzieren des Heizstroms unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels ist derart zu verstehen, dass es enthalten kann das Reduzieren des Heizstroms unter die Blockiertemperatur, wobei noch weiterhin ein schwacher Heizstrom bereitgestellt werden kann, aber es kann auch das Ausschalten des Heizstroms enthalten. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann sogar ein negativer Heizstrom bereitgestellt werden. Anders ausgedrückt kann das Reduzieren des Heizstroms unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels bedeuten, dass der Heizstrom derart reduziert wird, dass die Heizwirkung des Heizstroms derart gering ist, dass der Anti-Ferromagnet des Magnetstapels unter seine Blockiertemperatur abkühlen kann.The Reduce the heating current below the blocking temperature of the anti-ferromagnet The magnetic stack is to be understood as containing it reducing the heating current below the blocking temperature, wherein still a weak heating current can be provided but it may also include turning off the heating current. In one embodiment The invention can even provide a negative heating current become. In other words can reduce the heating current below the blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack mean that the heating current is reduced such that the heating effect of the heating current so low is that the magnetic stack's anti-ferromagnet under his Cool the blocking temperature can.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zum Programmieren einer magnetoresistiven Speicherzellen bereitgestellt, bei dem ein Heizstrom und ein externes Magnetfeld an einem Magnetstapel angelegt werden derart, dass ein effektives Anisotropie-Feld einer Speicherschicht des Magnetstapels während eines thermisch-ausgewählten Heizens gebildet wird, wobei das effektive Anisotropie-Feld, welches parallel ist zu der leichten Achsenrichtung des Magnetstapels, und das externe Magnetfeld einen Nicht-Null-Winkel relativ zueinander bilden. Der Heizstrom und das externe Magnetfeld werden zu unterschiedlichen Zeitpunkten abgeschaltet, womit die magnetoresistive Speicherzelle programmiert wird unter Verwendung des effektiven Anisotropie-Feldes und des externen Magnetfeldes.In an embodiment The invention relates to a method for programming a magnetoresistive Memory cells provided in which a heating current and an external Magnetic field applied to a magnetic stack such that a effective anisotropy field of a storage layer of the magnetic stack while a thermally-selected heating is formed, with the effective anisotropy field, which is parallel is to the easy axis direction of the magnetic stack, and the external one Magnetic field a non-zero angle form relative to each other. The heating current and the external magnetic field are switched off at different times, whereby the magnetoresistive memory cell is programmed using the effective anisotropy field and the external magnetic field.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner auf ein Programmieren eines ersten Programmierzustands in die magnetoresistive Speicherzelle mittels Ausführens eines ersten Programmierprozesses. Der erste Programmierprozess weist auf ein Anlegen eines Heizstroms an den Magnetstapel, wobei der Heizstrom mindestens einen Anti-Ferromagneten des Magnetstapels auf eine Temperatur heizt, die höher ist als eine Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels. Ferner wird ein externes Magnetfeld an den Magnetstapel angelegt, wobei das externe Magnetfeld höher ist als eine erste Schaltschwelle, die erforderlich ist zum Schalten der Magnetisierungsausrichtung einer Speicherschicht des Magnetstapels in eine vorbestimmte erste Magnetisierungsausrichtung. Das externe Magnetfeld wird unter die erste Schaltschwelle reduziert und, nachdem das externe Magnetfeld unter die erste Schaltschwelle reduziert worden ist, wird der Heizstrom unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels reduziert.In an embodiment According to the invention, the method further comprises programming a first programming state in the magnetoresistive memory cell by carrying out a first programming process. The first programming process indicates an application of a heating current to the magnetic stack, wherein the heating current at least one anti-ferromagnet of the magnetic stack heats up to a temperature higher is as a blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack. Further an external magnetic field is applied to the magnetic stack, wherein the external magnetic field is higher as a first switching threshold required for switching the magnetization orientation of a storage layer of the magnetic stack in a predetermined first magnetization orientation. The external one Magnetic field is reduced below the first switching threshold and, after reduces the external magnetic field below the first switching threshold has been, the heating current is below the blocking temperature of the Anti-ferromagnets of the magnetic stack reduced.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Programmieren eines zweiten Programmierzustands in die magnetoresistive Speicherzelle auf, indem ein zweiter Programmierprozess durchgeführt wird. Gemäß dem zweiten Programmierprozess wird ein Heizstrom an den Magnetstapel angelegt, wobei der Heizstrom mindestens einen Anti-Ferromagneten des Magnetstapels auf eine Temperatur heizt, die höher ist als eine Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels. Ferner wird ein externes Magnetfeld an den Magnetstapel angelegt, wobei das externe Magnetfeld höher ist als eine erste Schaltschwelle, die erforderlich ist zum Schalten der Magnetisierungsausrichtung einer Speicherschicht des Magnetstapels in eine vorbestimmte erste Magnetisierungsausrichtung. Der Heizstrom wird unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels reduziert und, nachdem der Heizstrom unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels reduziert worden ist, wird das externe Magnetfeld unter die erste Schaltschwelle reduziert.In an embodiment According to the invention, the method further comprises programming a second one Programming state in the magnetoresistive memory cell on by a second programming process is performed. According to the second programming process a heating current is applied to the magnetic stack, wherein the heating current at least one anti-ferromagnet of the magnetic stack to a temperature heats, the higher is as a blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack. Furthermore, an external magnetic field is applied to the magnetic stack, the external magnetic field is higher is as a first switching threshold required for switching the magnetization orientation of a storage layer of the magnetic stack in a predetermined first magnetization orientation. The heating current becomes below the blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack reduced and, after the heating current is below the blocking temperature the anti-ferromagnet of the magnetic stack has been reduced reduces the external magnetic field below the first switching threshold.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner auf ein Programmieren eines dritten Programmierzustands in die magnetoresistive Speicherzelle, indem ein dritter Programmierprozess durchgeführt wird. Gemäß dem dritten Programmierprozess wird ein Heizstrom an den Magnetstapel angelegt, wobei der Heizstrom mindestens einen Anti-Ferromagneten des Magnetstapels auf eine Temperatur heizt, die höher ist als eine Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels. Ferner wird ein externes Magnetfeld an den Magnetstapel angelegt, wobei das externe Magnetfeld höher ist als eine zweite Schaltschwelle, die erforderlich ist zum Schalten der Magnetisierungsrichtung einer Speicherschicht des Magnetstapels in eine vorbestimmte zweite Magnetisierungsrichtung. Der Heizstrom wird unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels reduziert und, nachdem der Heizstrom unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels reduziert worden ist, wird das externe Magnetfeld unter die zweite Schaltschwelle reduziert.In one embodiment of the invention, the method further comprises programming a third programming state into the magnetoresistive memory cell by performing a third programming process. According to the third programming process, a heating current is applied to the magnetic stack, wherein the heating current at least ei NEN anti-ferromagnets of the magnetic stack heats to a temperature which is higher than a blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack. Further, an external magnetic field is applied to the magnetic stack, wherein the external magnetic field is higher than a second switching threshold, which is required for switching the magnetization direction of a storage layer of the magnetic stack in a predetermined second direction of magnetization. The heating current is reduced below the blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack and, after the heating current has been reduced below the blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack, the external magnetic field is reduced below the second switching threshold.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Programmieren eines vierten Programmierzustands in die magnetoresistive Speicherzelle auf, indem ein vierter Programmierprozess durchgeführt wird. Gemäß dem vierten Programmierprozess wird ein Heizstrom an den Magnetstapel angelegt, wobei der Heizstrom mindestens einen Anti-Ferromagneten des Magnetstapels auf eine Temperatur heizt, die höher ist als eine Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels. Ferner wird ein externes Magnetfeld an den Magnetstapel angelegt, wobei das externe Magnetfeld höher ist als eine zweite Schaltschwelle, die erforderlich ist zum Schalten der Magnetisierungsausrichtung einer Speicherschicht des Magnetstapels in eine vorbestimmte zweite Magnetisierungsausrichtung. Das externe Magnetfeld wird unter die zweite Schaltstelle reduziert und, nachdem das externe Magnetfeld unter die zweite Schaltstelle reduziert worden ist, wird der Heizstrom unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels reduziert.In an embodiment According to the invention, the method further comprises programming a fourth Programming state in the magnetoresistive memory cell on by a fourth programming process is performed. According to the fourth Programming process, a heating current is applied to the magnetic stack, wherein the heating current at least one anti-ferromagnet of the magnetic stack heats up to a temperature higher is as a blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack. Further an external magnetic field is applied to the magnetic stack, wherein the external magnetic field is higher as a second switching threshold required for switching the magnetization orientation of a storage layer of the magnetic stack in a predetermined second magnetization orientation. The external one Magnetic field is reduced below the second switching point and, after the external magnetic field has been reduced below the second switching point is, the heating current is below the blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack reduced.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zum Lesen einer magnetoresistiven Speicherzelle bereitgestellt, bei dem ein erster Widerstandswert der magnetoresistiven Speicherzelle gemessen wird. Ferner wird ein Heizstrom an den Magnetstapel angelegt, wobei der Heizstrom einen Anti-Ferromagneten des Magnetstapels auf eine Temperatur heizt, die höher ist als eine Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten des Magnetstapels. Ferner wird ein zweiter Widerstandswert der magnetoresistiven Speicherzelle gemessen, wenn sie sich in dem Referenzzustand befindet. Weiterhin wird der Programmierzustand gemäß dem ersten Widerstandswert ermittelt, indem der erste Widerstandswert mit dem zweiten Widerstandswert verglichen wird.In an embodiment The invention relates to a method for reading a magnetoresistive Memory cell provided in which a first resistance value the magnetoresistive memory cell is measured. Furthermore, a Heating current applied to the magnetic stack, wherein the heating current an anti-ferromagnet of the magnetic stack heats up to a higher temperature as a blocking temperature of the anti-ferromagnet of the magnetic stack. Further becomes a second resistance of the magnetoresistive memory cell measured when in the reference state. Farther becomes the programming state according to the first one Resistance value determined by the first resistance value with the second resistance value is compared.
Das Verfahren kann ferner ein Programmieren des Programmierzustands gemäß dem ersten Widerstandswert in die magnetoresistive Speicherzelle aufweisen.The The method may further include programming the programming state according to the first resistance value have in the magnetoresistive memory cell.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zum Lesen einer magnetoresistiven Speicherzelle bereitgestellt, bei dem ein erster Widerstandswert der magnetoresistiven Speicherzelle gemessen wird und ein Heizstrom angelegt wird, wobei eine Relaxation der Magnetisierungsrichtung eines Magnetstapels der magnetoresistiven Speicherzelle in mindestens einer Referenzrichtung ermöglicht wird. Weiterhin wird ein zweiter Widerstandswert der magnetoresistiven Speicherzelle gemessen, wenn die Magnetisierungsrichtung eines Magnetstapels der magnetoresistiven Speicherzelle in der Referenzrichtung ist. Der Programmierzustand gemäß dem ersten Widerstandswert wird ermittelt, indem der erste Widerstandswert und der zweite Widerstandswert miteinander verglichen werden.According to one another embodiment of the The invention will provide a method of reading a magnetoresistive memory cell provided in which a first resistance of the magnetoresistive Memory cell is measured and a heating current is applied, wherein a relaxation of the magnetization direction of a magnetic stack the magnetoresistive memory cell in at least one reference direction allows becomes. Furthermore, a second resistance of the magnetoresistive Memory cell measured when the magnetization direction of a magnetic stack the magnetoresistive memory cell is in the reference direction. The programming state according to the first one Resistance value is determined by the first resistance value and the second resistance value are compared with each other.
Das Verfahren kann ferner enthalten ein Programmieren des Programmierzustands gemäß dem ersten Widerstandswert in die magnetoresistive Speicherzelle.The The method may further include programming the programming state according to the first Resistance value in the magnetoresistive memory cell.
Die Referenzrichtung kann parallel oder anti-parallel zu der leichten Achsenrichtung des Magnetstapels sein.The Reference direction can be parallel or anti-parallel to the light Be axis direction of the magnetic stack.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zum Lesen einer magnetoresistiven Speicherzelle bereitgestellt, bei dem ein erster Widerstandswert der magnetoresistiven Speicherzelle gemessen wird und ein Magnetfeld angelegt wird, womit die Magnetisierungsrichtung eines Magnetstapels der magnetoresistiven Speicherzelle in mindestens einer Referenzrichtung eingeprägt wird. Ein zweiter Widerstandswert der magnetoresistiven Speicherzelle wird gemessen, wenn die Magnetisierungsrichtung eines Magnetstapels der magnetoresistiven Speicherzelle in der Referenzrichtung ist. Der Programmierzustand gemäß dem ersten Widerstandswert wird ermittelt, indem der erste Widerstandswert mit dem zweiten Widerstandswert verglichen wird.In an embodiment The invention relates to a method for reading a magnetoresistive Memory cell provided in which a first resistance value the magnetoresistive memory cell is measured and a magnetic field is applied, whereby the magnetization direction of a magnetic stack the magnetoresistive memory cell in at least one reference direction imprinted becomes. A second resistance value of the magnetoresistive memory cell is measured when the magnetization direction of a magnetic stack the magnetoresistive memory cell is in the reference direction. Of the Programming state according to the first Resistance value is determined by the first resistance value is compared with the second resistance value.
Es ist anzumerken, dass der zweite Widerstandswert gemessen wird während einer Zeitdauer, in welcher das externe Magnetfeld angeschaltet ist oder ausgeschaltet ist, abhängig davon, ob oder ob nicht die Speicherschicht des Magnetstapels eine ausreichend große Rotations-Hysterese aufweist.It It should be noted that the second resistance value is measured during a Time duration in which the external magnetic field is switched on or is off, depending whether or not the storage layer of the magnetic stack is sufficient size Having rotational hysteresis.
Das Verfahren kann ferner aufweisen ein Programmieren des Programmierzustands gemäß dem ersten Widerstandswert in die magnetoresistive Speicherzelle.The The method may further comprise programming the programming state according to the first Resistance value in the magnetoresistive memory cell.
Die Referenzrichtung kann parallel zu oder anti-parallel zu der leichten Achsenrichtung des Magnetstapels sein.The Reference direction can be parallel to or anti-parallel to the light Be axis direction of the magnetic stack.
Die
Speicherzellenanordnung
Ferner
ist in einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ein Anti-Ferromagnet (nicht dargestellt) vorgesehen,
und unter der ersten ferromagnetischen Schicht
In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist der Anti-Ferromagnet
gebildet aus einem Material mit einer Blockiertemperatur (Tb), welche niedriger ist als die geplante
Schreibmodus-Betriebstemperatur (TSchreib)
der MRAM-Zelle
In
einem anderen Beispiel ist die erste ferromagnetische Schicht
Die
MRAM-Zelle
Abhängig von
der Konstruktion der MRAM-Zelle
Das
MRAM-Zellenfeld
Der
MRAM-Zellenstapel
Es ist jedoch, wie im Folgenden näher erläutert wird, in einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung möglich, dass eine zweite Metallleitung, wie beispielsweise die Wortleitung, vorgesehen ist.However, as will be explained in more detail below, in an alternative embodiment of the invention, it is possible for a second metal line, such as the word line, to be provided is.
In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung können,
wie in
In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist ein erster Magnetisierungszustand
In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist ein zweiter Magnetisierungszustand
In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist ein dritter Magnetisierungszustand
In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist ein vierter Magnetisierungszustand
Bezug
nehmend nun auf
Bezug
nehmend nun auf
In
In
In einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Heizstrom unter die Blockiertemperatur des Anti-Ferromagneten reduziert werden oder temporär ausgeschaltet werden, sogar bevor das externe Magnetfeld reduziert wird unter die erste Schaltschwelle oder bevor es ausgeschaltet wird. In diesem Fall wird der Heizstrom wieder angeschaltet, so dass die Temperatur des Anti-Ferromagneten, beispielsweise des Anti-Ferromagneten der Speicherschicht, beispielsweise der freien Schicht, des Magnetstapels über ihrer Blockiertemperatur gehalten wird. Diese temporäre Reduktion des Heizstroms kann vorgesehen sein in jeder der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele.In an alternative embodiment of Invention, the heating current can be reduced below the blocking temperature of the anti-ferromagnet be or temporary be turned off even before the external magnetic field is reduced is below the first switching threshold or before it is switched off. In this case, the heating current is switched on again, so that the Temperature of the anti-ferromagnet, such as the anti-ferromagnet the storage layer, for example the free layer, of the magnetic stack above it Blocking temperature is maintained. This temporary reduction of the heating current may be provided in each of the embodiments described below.
In
In
In
In
In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird das externe Magnetfeld vollständig abgeschaltet, während der
Heizstrom noch weiterhin derart angelegt wird, dass die MRAM-Zelle
In einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung muss der Strom, welcher das Magnetfeld erzeugt, nicht notwendigerweise ausgeschaltet werden, sondern kann mit ausreichend kleiner Amplitude bereitgestellt werden, sogar mit umgekehrtem Vorzeichen, womit der Magnetstapel umgekehrt vorgespannt würde. In diesem Fall wird eine zusätzliche Rücksetzungs-Kraft dem Magnetstapel bereitgestellt.In an alternative embodiment of Invention, the current that generates the magnetic field, not necessarily be turned off, but can be sufficient small amplitude, even with the opposite sign, whereby the magnetic stack would be reversed biased. In this case, a additional reset force provided the magnetic stack.
In
In
In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird der Heizstrom vollständig abgeschaltet, während das
externe Magnetfeld noch weiterhin angelegt wird derart, dass die
MRAM-Zelle
In
Es
ist anzumerken, dass die oben beschriebenen Prozesse sehr einfache
Puls-Folgen sind zum Einstellen der vier unterschiedlichen Zustände. Insbesondere
kann der jeweilige dritte Prozess
In
einem alternativen Ausführungsbeispiel der
Erfindung kann der „11"-Zustand
In einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung können die für das Schalten verwendeten Schwellen unterschiedlich sein beim Programmieren eines jeden jeweiligen Zustands.In an alternative embodiment of Invention can the for The switching thresholds used may be different when programming of each state.
Wenn
der in einer MRAM-Zelle
Wenn jedoch Multi-Level-Schreiben in Thermisch-Ausgewählt-Schemata verwendet wird, dann ist es wünschenswert, den maximal verfügbaren MR-Bereich für Parallel und Anti-Parallel-Freie-Schicht(Speicherschicht)-Ausrichtung für die unterschiedlichen Multi-Level-Zustände aufzuspalten. Für ein 2-Bit (4 Level)-System steigen die Anforderungen an das MR um einen Faktor 3, um die gleichen Anforderungen für einen benötigten Auslesebereich (RQF-Anforderungen) zu erreichen. Wenn für ein 1 Bit/Zelle NG-MRAM für 65 nm die MR-Anforderungen ungefähr 130 % MR sind, würde eine 2 Bit/Zelle-Architektur 390 % MR erfordern, um zu erreichen, dass ein Ausleseschaltkreis zuverlässig arbeitet. Deshalb wird in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Selbst-Referenz-Schema verwendet, welches besonders angepasst ist, so dass es mit dem oben beschriebenen Multi-Level-Erzeugungsschema unter Verwendung einer oder zweier gekreuzter Feldleitungen arbeitet. Jedoch kann das Ausleseschema gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung auch verwendet werden mit einer auf jede andere Weise programmierten MRAM-Zelle.If however, multi-level writing is used in thermally-chosen schemes, it is desirable, the maximum available MR range for parallel and anti-parallel free-layer (storage layer) alignment for the split different multi-level states. For a 2-bit (4 level) system, MR requirements increase by a factor 3, to meet the same requirements for a required read range (RQF requirements) to reach. If for a 1 bit / cell NG MRAM for 65 nm MR requirements approximately 130% MR would be a 2 bit / cell architecture 390% MR require to achieve that a readout circuit reliable is working. Therefore, in one embodiment of the invention a self-reference scheme used, which is specially adapted, so that it with the above described multi-level generation scheme using a or two crossed field lines works. However, the readout scheme according to one alternative embodiment also be used with the invention in any other way programmed MRAM cell.
In dem folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Zwischenpegel-Zustände (beispielsweise „01"-Zustand oder „10"-Zustand) klassifiziert gemäß den entsprechenden „11"-Widerstands-Pegeln oder „00"-Widerstands-Pegeln.In the following described embodiment are the intermediate level states (eg, "01" state or "10" state) according to the corresponding "11" resistance levels or "00" resistance levels.
In
In
In
In
Dann
wird die ursprüngliche
Information, die in der MRAM-Zelle
In
In
In
In
Wenn der ursprüngliche Zustand der „11"-Zustand war, ist nur eine sehr kleine oder sogar gar keine Veränderung in den gemessenen Widerstandswerten zu beobachten. Wenn der ursprüngliche Zustand der „00"-Zustand war, kann nur eine sehr kleine oder sogar gar keine Veränderung in den gemessenen Widerstandswerten beobachtet werden. In beiden Fällen ist die Veränderung des Widerstands unterhalb eines kritischen Schwellenwerts dR_00 bzw. dR_11.If the original one Condition was the "11" state is only a very small or even no change in the measured resistance values to observe. If the original one State was the "00" state can only a very small or even no change in the measured resistance values to be watched. In both cases is the change of resistance below a critical threshold dR_00 or dR_11.
Wenn der ursprüngliche Zustand der „10"-Zustand oder der „01"-Zustand war, dann kann eine erhebliche Veränderung in den gemessenen Widerstandswerten beobachtet werden.If the original one State was the "10" state or the "01" state, then can be a significant change are observed in the measured resistance values.
Dann
wird die ursprüngliche
Information, welche in der MRAM-Zelle
Es ist anzumerken, dass das Ausleseschema schließlich ein zusätzliches globales/lokales Referenzschema zum Definieren des „00"-Zustand-Schemas und des „11"-Zustand-Schemas verwendet.It It should be noted that the readout scheme is finally an additional global / local reference scheme for defining the "00" state schema and the "11" state schema used.
In
In
In
Wenn der ursprüngliche Zustand der „11"-Zustand war, dann kann nur eine geringe Veränderung oder sogar gar keine Veränderung in den gemessenen Widerstandswerten beobachtet werden. Wenn der ursprüngliche Zustand der „00"-Zustand war, dann kann nur eine sehr geringe oder sogar gar keine Veränderung in den gemessenen Widerstandswerten beobachtet werden. In beiden Fällen ist die Veränderung des Widerstands unterhalb eines kritischen Schwellenwerts dR_00 bzw. dR_11.If the original one State was the "11" state, then can only change a little or even no change are observed in the measured resistance values. If the original State was the "00" state, then Only a very small or even no change are observed in the measured resistance values. In both make is the change of resistance below a critical threshold dR_00 or dR_11.
Wenn der ursprüngliche Zustand der „10"-Zustand war oder der „01"-Zustand, dann kann eine erhebliche Veränderung in den gemessenen Widerstandswerten beobachtet werden. Abhängig von der Polarität des Feldpulses, der verwendet wird zum Festlegen der Speicherinformation, kann eine positive Veränderung oder eine negative Veränderung in dem Widerstand erfasst werden für einen gegebenen Zwischenzustand „01" oder „10".If the original one State was the "10" state or the "01" state, then one can significant change are observed in the measured resistance values. Depends on the polarity the field pulse used to set the memory information, can be a positive change or a negative change in the resistor are detected for a given intermediate state "01" or "10".
Per Definition ist für den Zwischenzustand „01" die Widerstandsveränderung positiv, wenn ein positiver Feldpuls verwendet wird. Aus dieser Definition resultiert, dass der „10"-Zustand eine negative Widerstandsveränderung aufweist, wenn ein positiver Feldpuls verwendet wird.By Definition is for the intermediate state "01" the resistance change positive if a positive field pulse is used. From this Definition results in the "10" state being a negative change in resistance when a positive field pulse is used.
Wenn ein negativer Feldpuls verwendet wird, ändert sich das Vorzeichen jeweils entsprechend.If a negative field pulse is used, the sign changes in each case corresponding.
Deshalb ist es, wenn eine gegebene Feldpulspolarität verwendet wird, möglich, den korrekten Zwischenzustand „01"-Zustand oder „10"-Zustand zu bestimmen basierend auf dem gemessenen Vorzeichen der Widerstandsänderung.Therefore For example, if a given field pulse polarity is used, it is possible to use the correct intermediate state "01" state or "10" state to be determined based on the measured sign of the resistance change.
In anderen Worten wird abhängig von den Zwischenzuständen der gemessene zweite Widerstandswert näher an den „00"-Zustand oder den „11"-Zustand bewegt.In other words becomes dependent from the intermediate states the measured second resistance moves closer to the "00" state or the "11" state.
Dann
wird die ursprüngliche
Information, welche in der MRAM-Zelle
Es ist anzumerken, dass dieses Ausleseschema schließlich ein zusätzliches globales/lokales Referenzschema verwendet zum Definieren des „00"-Zustand-Schemas und des „11"-Zustand-Schemas.It It should be noted that this readout scheme eventually adds an additional global / local reference scheme used to define the "00" state schema and the "11" state schema.
Ferner ist anzumerken, dass viele andere Abwandlungen der oben beschriebenen Prozesse möglich sind und die oben beschriebenen Prozesse nur ein Beispiel für eine 2-Bit-Zelle sind und in einem Ausführungsbeispiel einer MRAM-Zelle, welche mehr als zwei Bits speichert, angepasst würde.Further It should be noted that many other modifications of the above Processes possible and the processes described above are just one example of a 2-bit cell and in one embodiment an MRAM cell storing more than two bits adapted would.
Beispielsweise könnte in dem Fall der Verwendung des Festlege-Feldpulses das Festlegen erreicht werden, indem ein anderer Referenzzustand festgelegt wird, welcher nicht verwendet wird zur Datenspeicherung (beispielsweise der 90°-Widerstandszustand, 50 % MR-Pegel).For example could in the case of using the set field pulse, setting achieved by setting a different reference state, which is not used for data storage (for example the 90 ° resistance state, 50% MR level).
Ferner kann in einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, wenn gekreuzte Wortleitungen und Bitleitungen vorgesehen sind, der obere Referenzzustand erzeugt werden mittels eines Heizpulses und eines geeigneten Feld-Einstellpulses.Further can in another embodiment of the invention when crossed wordlines and bitlines are provided are, the upper reference state are generated by means of a heating pulse and a suitable field setting pulse.
In alternativen Ausführungsbeispielen der Erfindung können die beschriebenen Prozesse verwendet werden als Selbst-Referenz-Schemata für Multi-Level-MRAM-Zellen, beispielsweise in einer Architektur mit zwei Leitungen, welche ein externes Magnetfeld erzeugen oder in einer Architektur mit einer Leitung (beispielsweise der Bitleitung), welche eine externes Magnetfeld erzeugt, das kombiniert wird mit dem effektiven Anisotropie-Feld, bereitgestellt von dem Magnetstapel der MRAM-Zelle.In alternative embodiments of the invention The described processes are used as self-reference schemes for multi-level MRAM cells, For example, in an architecture with two wires, one generate external magnetic field or in an architecture with a lead (For example, the bit line), which is an external magnetic field which is combined with the effective anisotropy field, provided by the magnetic stack of the MRAM cell.
Claims (38)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| US11/473,531 | 2006-06-23 | ||
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